试论火电厂超超临界技术的发展和环保技术的运用

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[摘 要]我国的用电需求越来越大，电厂输电的压力越来越大，目前火电厂使用发电的能源依旧以煤为主，对地球不可再生资源是极大的消耗，人们现在越来越注重环保，本文对超超临界大型发电厂输电过程中运用的能源进行分析探讨，从环保的角度阐述国内某些先进的做法，希望有更多的火电厂广泛运用，为环保事业贡献一份力量。

[关键词]电厂 超超临界 环保 脱硝

中图分类号：U73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0241-01

随着我国超超临界火力发电机组的快速发展，大型火力电厂往往需要的能源消耗十分大，在国外已经研究出十分成熟的环保发电技术，运用在各个火力发电厂中，起到了良好的作用，有效节约能源。国外许多国家都采用这一技术实现将国信电厂建成21世纪环保示范性电厂的目标，针对很多地方进行实地考察，总结出相关经验，希望有助于我国超超临界技术发展。

1.某国外电厂的特点

国外多数采用大容量、超临界机组，当使用超超临界机组时大幅度提高机组容量，其主要目的是在于提高机组的蒸汽温度，而在压力恒定的情况下，电厂会选择经济和技术方面比较好的机组。超超临界锅炉大都采用n型布置，锅炉大都采用全封闭形式。并且该电厂已经投运1000MW超超临界机组双轴机组居多，但是随着其中汽轮机超长末级长叶片的开发应用。大容量单轴机组已成为主要的发展趋势，当地的电厂几乎4/5都采用单轴1000MW汽轮发电机组。对于设备的环保功能一直是各国重点关注研究的环节，在电厂排污方面做好了防治措施，采用高效静电除尘、脱硫、脱硝设备，有效降低污染程度。

对于烟囱的材料选择一般使用钢管，其施工简单，成本较低，施工周期比较短。其烟囱的高度一般不会低于200m，减少对人们的伤害。运行之后的维修和维护工作都是定期进行，这样不仅能够保证设备使用效率还能够延长使用年限。一般维修每两年一次，每次持续40天，这是大面积维修。小修一般为每年一次，周期为20天。保证维修质量减少故障机率，提高整体利用率，也是提高经济效益的方法。当地电厂中的工作人员其实并不多，但是管理人员和维修人员配备十分完善，并且由专门的检修公司实施检修，日常维护工作有本单位人员实施【1】。

2.超超临界技术的介绍

所谓超临界机组是指主蒸汽压力大于水的临界压力22.12兆帕的机组，而亚临界机组通常指出口压力在15.7～19.6兆帕的机组。习惯上，又将超临界机组分为两个层次：一是常规超临界参数机组，其主蒸汽压力一般为24兆帕左右，主蒸汽和再热蒸汽温度为540～560℃；二是超超临界机组，其主蒸汽压力为25～35兆帕及以上，主蒸汽和再热蒸汽温度一般580℃以上。在超临界与超超临界状态，水由液态直接成为汽态，即由湿蒸汽直接成为过热蒸汽、饱和蒸汽，热效率较高，因此超超临界机组具有煤耗低、环保性能好、技术含量高的特点，机组热效率能够达到45%左右。节煤是超超临界技术的最大优势，它比国内现有最先进的超临界机组的热效率提高2%到3%。以热效率提高1%计算，对一台30万千瓦的火电机组来说，一年就可以节约6000吨优质煤。超超临界机组发展的方向是在保持其可用率、可靠性、运行灵活性和机组寿命等的同时，进一步提高蒸汽参数，从而获得更高的效率和环保性能。

3.减少气体污染

作为火力发电厂主要运用煤进行燃烧发电，该厂对环保工作十分重视。为了减少NOx的生成，锅炉采用新型燃烧技术和新型燃烧器，在设备上安装烟气出口和干式静电除尘器配置除硝装置【2】。脱硝装置内含有能与硝元素反应的成分，在催化剂的作用下，燃烧煤后产生的有害气体通过脱硝装置发生化学反应生成氨气和水。

并通过在线烟气监测器将实时数据直接显示在市政府门前，随时接受市民的监督，是名副其实的环保示范型电厂。

4.电厂脱硝技术特点

4.1超超临界锅炉技术特点

炉膛水冷壁采用螺旋管圈，其中水冷壁管为光管。该技术采用降低NOx燃烧器前后墙对冲燃烧技术，能够有效降低污染气体排放量，提高生产效率。并且烟囱气体排放采用平行烟道烟气挡板调节再热技术，其结构简单，操作方便，能够将锅炉控制范围扩大，但是调温延迟较大，有时挡板会受热变形。炉膛底部贴壁风技术的使用能够防止冷壁结焦，并且能够防止高温对设备的腐蚀。尾部烟道防磨技术【3】。

4.2超超临界锅炉技术与传统锅炉制造厂技术的应用比较

燃烧技术以及锅炉结构方面，采用对冲燃烧技术和切圆燃烧技术比较广泛，可以有效减少炉膛出口烟温偏差。在锅炉材料选择方面需要十分注意，因为锅炉需要长期处于高温状态，如选择材料质量不过关，很容易在运用的时候出事故。对于锅炉运行控制方面，采用煤种自适应燃烧控制系统，使锅炉运行操作更加方便快捷，不会降低煤的使用效率。而且煤种的适应性大大提高。其温度调节方面的改变更加明显，一般使用二级喷水减温，主要用来调节主汽温，尾部烟

4.3脱硝技术特点

到目前为止，该公司自主研发脱硝技术，已经在全球224个电厂使用，运用量十分大，同时也证明该技术确实能够有效解决问题。其中最大机组容量为1000MW，到目前为止运行状况良好【4】。

该技术具有以下优点：与烟气特性相匹配；采用紧凑型设计（触媒性能高）；操作方便；触媒供应稳定；脱硝效率高，可达90%以上；氨逃逸率低，小于3×1O-6。脱硝技术中的核心是催化剂的生产技术，脱硝反应就是通过公司研究出该催化剂才能进行反应，所以十分重要。这种催化剂一般有专门的公司生产，其具有标准的触媒配方，这种配方是经过千万次实验研究之后配制出来的最佳催化剂，用来提高反应效率。其触媒为蜂窝状，溶积很小，但是接触面大，能将反应进行更加彻底。并且其寿命长，设计时一般留一层备用，4-5年以后直接在上面安装新触媒，再过3年只需要更换最上面一层触媒，这样的使用方式从而延长触媒的使用年限，一般都可以使用7-8年，并且其利用效率很高。但是换下的触媒就不能再继续使用，将其送到相关部门分析并提炼其中有害化学物质然后丢弃到垃圾场【5】。

5.烟气脱硫技术的应用

烟气脱硫（Flue gas desulfurization，简称FGD），在FGD技术中，按脱硫剂的种类划分，可分为以下五种方法：以CaCO3（石灰石）为基础的钙法，以MgO为基础的镁法，以Na2SO3为基础的钠法，以NH3为基础的氨法，以有机碱为基础的有机碱法。

化学原理：烟气中的SO2？实质上是酸性的，可以通过与适当的碱性物质反应从烟气中脱除SO2。烟道气脱硫最常用的碱性物质是石灰石（碳酸钙）、生石灰（氧化钙，Cao）和熟石灰（氢氧化钙）。石灰石产量丰富，因而相对便宜，生石灰和熟石灰都是由石灰石通过加热来制取。有时也用碳酸纳（纯碱）、碳酸镁和氨等其它碱性物质。所用的碱性物质与烟道气中的SO2发生反应，产生了一种亚硫酸盐和硫酸盐的混合物（根据所用的碱性物质不同，这些盐可能是钙盐、钠盐、镁盐或铵盐）。亚硫酸盐和硫酸盐间的比率取决于工艺条件，在某些工艺中，所有亚硫酸盐都转化成了硫酸盐。SO2与碱性物质间的反应或在碱溶液中发生（湿法烟道气脱硫技术），或在固体碱性物质的湿润表面发生（干法或半干法烟道气脱硫技术）。

在湿法烟气脱硫系统中，碱性物质（通常是碱溶液，更多情况是碱的浆液）与烟道气在喷雾塔中相遇。烟道气中SO2溶解在水中，形成一种稀酸溶液，然后与溶解在水中的碱性物质发生中和反应。反应生成的亚硫酸盐和硫酸盐从水溶液中析出，析出情况取决于溶液中存在的不同盐的相对溶解性。例如，硫酸钙的溶解性相对较差，因而易于析出；硫酸钠和硫酸铵的溶解性则好得多。在干法和半干法烟道气脱硫系统中，或使烟气穿过碱性吸收剂床喷入烟道气流中，或使固体碱性吸收剂与烟道气相接触。无论哪种情况，SO2都是与固体碱性物质直接反应，生成相应的亚硫酸盐和硫酸盐。为了使这种反应能够进行，固体碱性物质必须是十分疏松或相当细碎。在半干法烟道气脱硫系统中，水被加入到烟道气中，以在碱性物质颗粒物表面形成一层液膜，SO2溶入液膜，加速了与固体碱性物质的反应。

6.电厂环境保护及资源综合利用

该制造厂最大锅炉生产能力达到300MW，但是近年来生产供应锅炉容量仅有1000MW，无法满足生产需求。因此兼有燃烧试验部，专门进行燃烧试验，配有基础燃烧试验炉、示范燃烧试验、排烟处理试验装置、加压流化床燃烧试验装置等。每次研发出新的燃烧器以后都需要在实验室内进行性能测试，以确认其可行性。该燃烧试验炉还安装了定量测定锅炉结焦情况的装置，用以测试不同煤种的结焦情况。据了解，目前我国几大锅炉制造厂均未建立燃烧试验炉【6】。

电厂的环保主要都是从各种有害气体入手，从氧化硫、硝元素化合物、粉尘、污水、噪音污染和臭气排放等方面进行严格控制和治理，注重综合废气物的综合利用，既能够保护环境又能够提高设备运行效率。电厂的噪音污染也是防治的重点对象，选择设备的时候就应该注意其噪音情况，可以在建筑内采用隔音罩，亦或选择低噪音设备，锅炉房采用封闭面型式，以保证隔音效果，将排气口集中设施，方便处理的同时更加有效控制噪音。

结束语

对部分国家经过长期的考察与实践，充分认识到超超临界锅炉技术中的环保技术，有了更深入的了解。从第一台超超临界锅炉投产运行以来，随着科技的发展超超临界锅炉技术在不断提高，锅炉设备运行的可靠性和安全性都在提高，至今材料都没有因为长期处于高温状态出现氧化的现象。

参考文献

[1]佘文军.日本火电厂超超临界技术的发展和环保技术的运用[J].机电信息，2012，22（24）：177-178.

[2]吴庆军，邵天佑，耿华等.浅谈超超临界火电厂输煤栈桥消防措施改进[J].//第二届电站锅炉优化运行与环保技术研讨会论文集.2014：176-180.

[3]陈听宽.超临界与超超临界锅炉技术的发展与研究[J].世界科技研究与发展，2011，27（6）：142-148.

[4]黄雅罗.超超临界火力发电技术及其应用前景[J].热力发电，2012，31（2）：38-40.

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[6]颜渝坪，崔逸群，王春利等.火电厂现场总线控制系统的成功应用[J].中国电力，2012，40（3）：156-160.